Εισαγωγή στις Τεχνικές 3D Μοντελοποίησης
Σε αυτόν τον ιστότοπο, είχαμε την ευκαιρία να καλύψουμε τόσο την επιφάνεια όσο και την απόδοση σε σχετικό βάθος και συζητήσαμε πρόσφατα την ανατομία ενός 3D μοντέλου . Αλλά δυστυχώς, έχουμε παραμελήσει μέχρι τώρα να παρέχουμε οποιεσδήποτε λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τη διαδικασία 3D μοντελοποίησης.
Για να θέσουμε τα πράγματα σωστά, έχουμε δουλέψει σκληρά στην προετοιμασία μιας σειράς άρθρων που επικεντρώνονται τόσο στην καλλιτεχνική όσο και στην τεχνική πλευρά της τρισδιάστατης μοντελοποίησης. Παρόλο που δώσαμε μια γενική εισαγωγή στη μοντελοποίηση στη συζήτησή μας για το? αγωγού γραφικών ηλεκτρονικών υπολογιστών , δεν ήταν καθόλου περιεκτικό. Η μοντελοποίηση είναι ένα εκτεταμένο θέμα και μια μικρή παράγραφο μπορεί να χαράξει ελάχιστα την επιφάνεια και να κάνει το θέμα δικαιοσύνης.
Τις επόμενες ημέρες, θα παρέχουμε πληροφορίες σχετικά με κάποιες από τις κοινές τεχνικές και τις εκτιμήσεις που πρέπει να γίνουν από τους διαμορφωτές που εργάζονται στις αγαπημένες σας ταινίες και παιχνίδια.
Για το υπόλοιπο άρθρο, θα ξεκινήσουμε με την εισαγωγή επτά κοινών τεχνικών που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία 3D στοιχείων για τη βιομηχανία γραφικών υπολογιστών:
Κοινές τεχνικές μοντελοποίησης
Μοντελοποίηση πλαισίου / υποδιαιρέσεων
Η μοντελοποίηση του κιβωτίου είναι μια πολυγωνική τεχνική μοντελοποίησης στην οποία ο καλλιτέχνης ξεκινά με ένα γεωμετρικό πρωτόγονο (κύβος, σφαίρα, κύλινδρος κλπ.) Και στη συνέχεια βελτιώνει το σχήμα του μέχρι να επιτευχθεί η επιθυμητή εμφάνιση.
Οι μοντελιστές κουτιών λειτουργούν συχνά σταδιακά, ξεκινώντας με ένα πλέγμα χαμηλής ανάλυσης, βελτιώνοντας το σχήμα και στη συνέχεια υποδιαιρώντας το πλέγμα για να εξομαλύνετε τις σκληρές άκρες και προσθέτετε λεπτομέρειες. Η διαδικασία υποδιαίρεσης και εξευγενισμού επαναλαμβάνεται έως ότου το πλέγμα περιέχει αρκετές πολυγωνικές λεπτομέρειες για να μεταφέρει σωστά την επιδιωκόμενη έννοια.
Το μοντέλο κουτιού είναι ίσως η πιο κοινή μορφή πολυγωνικής μοντελοποίησης και χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με τεχνικές προσομοίωσης άκρων (που θα συζητήσουμε σε λίγο). Εξετάζουμε λεπτομερέστερα τη διαδικασία μοντελοποίησης κουτιού / άκρης.
Μοντελοποίηση άκρων / περιγράμματος
Η μοντελοποίηση Edge είναι μια άλλη πολυγωνική τεχνική, αν και βασικά διαφορετική από το αντίστοιχο μοντέλο κουτιού. Στην μοντελοποίηση των άκρων, αντί να αρχίζει με ένα πρωτόγονο σχήμα και εξευγενισμό, το μοντέλο κατασκευάζεται ουσιαστικά κομμάτι με κομμάτι τοποθετώντας βρόχους πολυγωνικών επιφανειών κατά μήκος προεξέχοντων περιγραμμάτων και στη συνέχεια γεμίζοντας οποιαδήποτε κενά μεταξύ τους.
Αυτό μπορεί να ακούγεται άσκοπα περίπλοκο, αλλά ορισμένα μάτια είναι δύσκολο να ολοκληρωθούν μόνο μέσω μοντελοποίησης κουτιού, το ανθρώπινο πρόσωπο είναι ένα καλό παράδειγμα. Η σωστή μοντελοποίηση ενός προσώπου απαιτεί πολύ αυστηρή διαχείριση της ροής ακμής και της τοπολογίας και η ακρίβεια που παρέχει η μοντελοποίηση του περιγράμματος μπορεί να είναι ανεκτίμητη. Αντί να προσπαθήσουμε να διαμορφώσουμε μια σαφώς καθορισμένη πρίζα ματιών από έναν συμπαγή πολυγωνικό κύβο (ο οποίος είναι συγκεχυμένος και αντίθετος-διαισθητικός), είναι πολύ πιο εύκολο να οικοδομήσουμε ένα περίγραμμα του ματιού και στη συνέχεια να μοντελοποιήσουμε το υπόλοιπο από εκεί. Μόλις διαμορφωθούν τα κυριότερα ορόσημα (τα μάτια, τα χείλη, το browline, η μύτη, η γνάθο), τα υπόλοιπα τείνουν να πέφτουν στη θέση τους σχεδόν αυτόματα.
NURBS / Spline Μοντελοποίηση
Το NURBS είναι μια τεχνική μοντελοποίησης που χρησιμοποιείται περισσότερο για την αυτοκινητοβιομηχανία και τη βιομηχανική μοντελοποίηση. Σε αντίθεση με την πολυγωνική γεωμετρία, ένα πλέγμα NURBS δεν έχει όψεις, άκρες ή κορυφές. Αντ 'αυτού, τα μοντέλα NURBS αποτελούνται από λεπτές ερμηνευμένες επιφάνειες, που δημιουργούνται με "lofting" ένα πλέγμα ανάμεσα σε δύο ή περισσότερες καμπύλες Bezier (επίσης γνωστές ως σφήνες).
Οι καμπύλες NURBS δημιουργούνται με ένα εργαλείο που λειτουργεί πολύ παρόμοια με το εργαλείο στυλό στο MS paint ή στο Adobe Illustrator. Η καμπύλη τραβιέται σε τρισδιάστατο χώρο και επεξεργάζεται μετακινώντας μια σειρά λαβών που ονομάζονται βιογραφικά (κορυφές ελέγχου). Για να μοντελοποιήσετε μια επιφάνεια NURBS, ο καλλιτέχνης τοποθετεί καμπύλες σε προεξέχοντα περιγράμματα και το λογισμικό αυτόματα παρεμβάλλει το διάστημα μεταξύ.
Εναλλακτικά, μπορεί να δημιουργηθεί μια επιφάνεια NURBS περιστρέφοντας μια καμπύλη προφίλ γύρω από έναν κεντρικό άξονα. Αυτή είναι μια κοινή (και πολύ γρήγορη) τεχνική μοντελοποίησης για αντικείμενα που είναι ακτινικά στη φύση - ποτήρια κρασιού, αγγεία, πλάκες κλπ.
Ψηφιακή γλυπτική
Η βιομηχανία τεχνολογίας αρέσει να μιλάει για ορισμένες ανακαλύψεις που έχουν χαρακτηρίσει αποδιοργανωτικές τεχνολογίες . Τεχνολογικές καινοτομίες που αλλάζουν τον τρόπο που σκεφτόμαστε για την επίτευξη μιας συγκεκριμένης εργασίας. Το αυτοκίνητο άλλαξε τον τρόπο που περνάμε. Το διαδίκτυο άλλαξε τον τρόπο πρόσβασης στις πληροφορίες και την επικοινωνία. Η ψηφιακή γλυπτική είναι μια ανατρεπτική τεχνολογία υπό την έννοια ότι βοηθά τους ελεύθερους μοντελιστές από τους επίπονες περιορισμούς της τοπολογίας και της ροής ακμής και τους επιτρέπει να δημιουργούν διαισθητικά τρισδιάστατα μοντέλα με τρόπο πολύ παρόμοιο με τον ψηφιακό πηλό.
Στην ψηφιακή γλυπτική, τα μάτια δημιουργούνται οργανικά, χρησιμοποιώντας μια συσκευή δισκίου (Wacom) για να καλουπώσουν και να διαμορφώσουν το μοντέλο σχεδόν ακριβώς όπως ένας γλύπτης θα χρησιμοποιήσει βούρτσες γκανιότας σε ένα πραγματικό κομμάτι πηλό. Η ψηφιακή γλυπτική έχει πάρει το μοντέλο του χαρακτήρα και του πλάσματος σε ένα νέο επίπεδο, καθιστώντας τη διαδικασία πιο γρήγορη, αποτελεσματικότερη και επιτρέποντας στους καλλιτέχνες να δουλεύουν με μάτια υψηλής ανάλυσης που περιέχουν εκατομμύρια πολύγωνα. Τα γλυπτά μάτια είναι γνωστά για τα αδιανόητα επίπεδα λεπτομέρειας της επιφάνειας και μια φυσική (ακόμη και αυθόρμητη) αισθητική.
Διαδικαστική Μοντελοποίηση
Η λέξη διαδικαστική στα γραφικά του υπολογιστή αναφέρεται σε οτιδήποτε παράγεται αλγοριθμικά, αντί να δημιουργείται χειροκίνητα από το χέρι ενός καλλιτέχνη. Κατά τη μοντελοποίηση της διαδικασίας, δημιουργούνται σκηνές ή αντικείμενα με βάση κανόνες ή παραμέτρους που μπορούν να καθοριστούν από τον χρήστη.
Στα δημοφιλή πακέτα μοντελοποίησης περιβάλλοντος Vue, Bryce και Terragen, μπορούν να δημιουργηθούν ολόκληρα τοπία με τη ρύθμιση και την τροποποίηση περιβαλλοντικών παραμέτρων όπως πυκνότητα φυλλώματος και ανύψωσης ή επιλογή από τοπία όπως η έρημος, η αλπική, η παράκτια κ.α.
Η διαδικαστική μοντελοποίηση χρησιμοποιείται συχνά για οργανικές κατασκευές όπως τα δέντρα και το φύλλωμα, όπου υπάρχει σχεδόν απεριόριστη ποικιλία και πολυπλοκότητα που θα ήταν πολύ χρονοβόρα (ή μάλλον αδύνατο) για έναν καλλιτέχνη να συλλάβει με το χέρι. Η εφαρμογή SpeedTree χρησιμοποιεί έναν αναδρομικό / φράκταλ αλγόριθμο για τη δημιουργία μοναδικών δέντρων και θάμνων που μπορούν να τροποποιηθούν μέσω επεξεργάσιμων ρυθμίσεων για ύψος κορμού, πυκνότητα υποκαταστημάτων, γωνία, μπούκλα και δεκάδες, αν όχι εκατοντάδες άλλες επιλογές. Το CityEngine χρησιμοποιεί παρόμοιες τεχνικές για τη δημιουργία διαδικαστικών αστικών τοπίων.
Μοντελοποίηση εικόνων
Η μοντελοποίηση με βάση τα δεδομένα είναι μια διαδικασία με την οποία μετασχηματισμένα 3D αντικείμενα προέρχονται αλγοριθμικά από ένα σύνολο στατικών δισδιάστατων εικόνων. Η μοντελοποίηση βάσει εικόνων χρησιμοποιείται συχνά σε καταστάσεις όπου οι περιορισμοί χρόνου ή προϋπολογισμού δεν επιτρέπουν τη δημιουργία χειροκίνητα ενός πλήρως υλοποιημένου τρισδιάστατου στοιχείου.
Ίσως το πιο διάσημο παράδειγμα μοντελοποίησης με βάση την εικόνα ήταν το The Matrix , όπου η ομάδα δεν είχε ούτε το χρόνο ούτε τους πόρους για να μοντελοποιήσει ολοκληρωμένα 3D σύνολα. Έγραψαν ακολουθίες δράσης με συστοιχίες φωτογραφικών μηχανών 360 μοιρών και στη συνέχεια χρησιμοποίησαν έναν ερμηνευτικό αλγόριθμο για να επιτρέψουν την "εικονική" κίνηση 3D κάμερας μέσω παραδοσιακών σετ πραγματικών κόσμων.
Τρισδιάστατη σάρωση
Η Τρισδιάστατη Σάρωση είναι μια μέθοδος ψηφιοποίησης αντικειμένων πραγματικού κόσμου όταν απαιτείται ένα απίστευτα υψηλό επίπεδο φωτορεαλισμού. Ένα αντικείμενο πραγματικού κόσμου (ή ακόμα και ηθοποιός) σαρώθηκε, αναλύθηκε και τα ακατέργαστα δεδομένα (συνήθως ένα σύννεφο σημείο x, y, z) χρησιμοποιήθηκαν για να δημιουργήσουν ένα ακριβές πολυγωνικό ή NURBS mesh. Η σάρωση χρησιμοποιείται συχνά όταν απαιτείται ψηφιακή αναπαράσταση ενός πραγματικού ηθοποιού, όπως στην περίεργη περίπτωση του Μπέντζαμιν Μπάτον, όπου ο πρωταγωνιστής χαρακτήρας (Μπραντ Πιτ) γερνάει σε όλη την διάρκεια της ταινίας.
Πριν προχωρήσετε να ανησυχείτε για τους 3D σαρωτές που αντικαθιστούν τους παραδοσιακούς μοντελιστές, σκεφτείτε για λίγο ότι το μεγαλύτερο μέρος των αντικειμένων που σχεδιάστηκαν για τη βιομηχανία ψυχαγωγίας δεν έχουν ισοδύναμο πραγματικού κόσμου. Μέχρι να αρχίσουμε να βλέπουμε διαστημόπλοια, εξωγήινους και χαρακτήρες κινουμένων σχεδίων που τρέχουν γύρω, είναι ασφαλές να υποθέσουμε ότι η θέση του μοντελιστή στη βιομηχανία CG είναι μάλλον ασφαλής.